package my.map;

import my.printer.BinaryTreeInfo;
import my.printer.BinaryTrees;

import java.util.LinkedList;
import java.util.Objects;
import java.util.Queue;

/**
 * <p>
 * 哈希映射 - 最初版本 - 无扩容
 * </p>
 *
 * @author AJun
 * @since 2020/9/1
 */
@SuppressWarnings("ALL")
public class HashMap_v0<K, V> implements Map<K, V> {

    private static final boolean RED = false;
    private static final boolean BLACK = true;

    /**
     * 哈希表中键值对的数量
     */
    private int size;

    /**
     * 哈希表，存放的是哈希映射的节点
     */
    private Node<K, V>[] table;

    /**
     * 默认容量: 1 << 4 = 16(2^4)
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 1 << 4;

    public HashMap_v0() {
        table = new Node[DEFAULT_CAPACITY];
    }

    @Override
    public int size() {
        return size;
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    @Override
    public void clear() {
        if (size == 0) {
            return;
        }
        size = 0;
        for (int i = 0; i < table.length; i++) {
            table[i] = null;
        }
    }

    @Override
    public V put(K key, V value) {
        int index = index(key);

        // 取出 index 位置的红黑树根节点
        Node<K, V> root = table[index];
        if (root == null) {
            // 如果 index 位置没有红黑树根节点，则新建一个放到桶的 index 位置
            root = new Node<>(key, value, null);
            table[index] = root;
            size++;
            // 新增后的修复
            afterPut(root);
            return null;
        }

        // 哈希冲突: 添加新的节点到 index 位置的红黑树上
        // 找到要添加元素的父节点
        Node<K, V> parent = root;
        Node<K, V> node = root;
        int cmp = 0;

        K k1 = key;
        int h1 = (k1 == null ? 0 : k1.hashCode()); // k1 的 hashcode
        // 存放扫描结果
        Node<K, V> result = null;
        // 是否已经搜索过这个key
        boolean searched = false;
        do {
            parent = node;
            K k2 = node.key;
            int h2 = node.hash;

            if (h1 > h2) {
                cmp = 1;
            } else if (h1 < h2) {
                cmp = -1;
            } else if (Objects.equals(k1, k2)) {
                // 哈希值相等，且 k1 equals k2
                cmp = 0;
            } else if (k1 != null && k2 != null
                    && k1.getClass() == k2.getClass()
                    && k1 instanceof Comparable
                    && (cmp = ((Comparable) k1).compareTo(k2)) != 0) {
                // 如果对象同时重写了equals和Comparable接口且逻辑不同，那么可能会发生equals不同而compareTo相同的情况
            } else if (searched) { // 已经扫描过
                // 比较内存地址，发现红黑树上不存在要添加的key
                cmp = System.identityHashCode(k1) - System.identityHashCode(k2);
            } else { // 还没有扫描过
                if (node.left != null && (result = node(node.left, k1)) != null
                        || node.right != null && (result = node(node.right, k1)) != null) {
                    // 扫描，发现红黑树上已存在要添加的key，覆盖
                    node = result;
                    cmp = 0;
                } else {
                    searched = true; // 标志为已经扫描过
                    // 比较内存地址，发现红黑树上不存在要添加的key
                    cmp = System.identityHashCode(k1) - System.identityHashCode(k2);
                }
            }

            if (cmp > 0) {
                node = node.right;
            } else if (cmp < 0) {
                node = node.left;
            } else { // 相等
                V oldValue = node.value;
                node.key = key;
                node.value = value;
                node.hash = h1;
                return oldValue;
            }
        }
        while (node != null);

        // 找到要插入到父节点的左还是右
        Node<K, V> newNode = new Node<>(key, value, parent);
        if (cmp > 0) {
            parent.right = newNode;
        } else {
            parent.left = newNode;
        }

        size++;
        // 添加之后的处理
        afterPut(newNode);
        return null;
    }

    @Override
    public V get(K key) {
        Node<K, V> node = node(key);
        return node != null ? node.value : null;
    }

    @Override
    public V remove(K key) {
        return remove(node(key));
    }

    @Override
    public boolean containsKey(K key) {
        return node(key) != null;
    }

    @Override
    public boolean containsValue(V value) {
        if (size == 0)
            return false;

        Queue<Node<K, V>> queue = new LinkedList<>();
        for (int i = 0; i < table.length; i++) {
            // 这个位置的根节点为空
            if (table[i] == null)
                continue;

            queue.add(table[i]);
            while (!queue.isEmpty()) {
                Node<K, V> node = queue.remove();
                if (Objects.equals(value, node.value))
                    return true;

                if (node.left != null) {
                    queue.add(node.left);
                }
                if (node.right != null) {
                    queue.add(node.right);
                }
            }
        }
        return false;
    }

    @Override
    public void traversal(Visitor<K, V> visitor) {
        if (size == 0 || visitor == null)
            return;

        Queue<Node<K, V>> queue = new LinkedList<>();
        for (int i = 0; i < table.length; i++) {
            // 这个位置的根节点为空
            if (table[i] == null)
                continue;

            queue.add(table[i]);
            while (!queue.isEmpty()) {
                Node<K, V> node = queue.remove();
                if (visitor.visit(node.key, node.value))
                    return;

                if (node.left != null) {
                    queue.add(node.left);
                }
                if (node.right != null) {
                    queue.add(node.right);
                }
            }
        }
    }

    // 打印所有红黑树
    public void print() {
        if (size == 0) return;
        for (int i = 0; i < table.length; i++) {
            final Node<K, V> root = table[i];
            BinaryTrees.println(new BinaryTreeInfo() {
                @Override
                public Object root() {
                    return root;
                }

                @Override
                public Object left(Object node) {
                    return ((HashMap_v0.Node<K, V>) node).left;
                }

                @Override
                public Object right(Object node) {
                    return ((HashMap_v0.Node<K, V>) node).right;
                }

                @Override
                public Object string(Object node) {
                    return node;
                }
            });
            System.out.println("-------------------------------------");
        }
    }

    /**
     * 删除给定节点
     *
     * @param node 要删除的节点
     */
    private V remove(Node<K, V> node) {
        if (node == null) {
            return null;
        }

        size--;

        // 记录删除节点的Value值
        V oldValue = node.value;

        // 度为 2 的节点，用其后继节点的元素覆盖此节点的元素，然后将此后继节点删除
        if (node.hasTwoChildren()) {
            // 找到此节点的后继节点
            Node<K, V> s = successor(node);
            node.key = s.key;
            node.value = s.value;
            node.hash = s.hash; // 这里还要覆盖 hash 值
            node = s;
        }

        // 删除 node 节点(node 的度必为 1 或 0)
        // replacement 是 node 的子节点
        Node<K, V> replacement = (node.left != null) ? node.left : node.right;
        // 当前红黑树在哈希表中的索引
        int index = index(node);
        if (replacement != null) {
            // node 是度为 1 的节点
            // 更改 parent
            replacement.parent = node.parent;
            // 更改 parent 的 left 和 right 的指向
            if (node.parent == null) {
                // node 是度为 1 的节点并且是根节点
                table[index] = replacement;
            } else {
                if (node == node.parent.left) {
                    node.parent.left = replacement;
                } else {
                    node.parent.right = replacement;
                }
            }

            // 删除后调整，恢复平衡
            afterRemove(replacement);
        } else if (node.parent == null) {
            // node 是叶子节点 且 node 是根节点，根节点不需要修复红黑树性质
            table[index] = null;
        } else {
            // node 是叶子节点，但不是根节点
            if (node == node.parent.left) {
                // 如果 node 是其父节点的左子节点，则删除父节点的左子节点
                node.parent.left = null;
            } else {
                // 如果 node 是其父节点的右子节点，则删除父节点的右子节点
                node.parent.right = null;
            }

            // 删除后调整，恢复平衡
            afterRemove(node);
        }
        return oldValue;
    }

    /**
     * 获取传入节点的后继节点
     *
     * @param node 二叉树节点
     * @return 此节点的后继节点
     */
    private Node<K, V> successor(Node<K, V> node) {
        if (node == null) {
            return null;
        }

        // 前驱节点在右子树中，即此节点的右子节点的最后一个左子节点(node.right.left.left...)
        Node<K, V> p = node.right;
        if (p != null) {
            while (p.left != null) {
                p = p.left;
            }
            return p;
        }

        // 左子树为空，前驱节点是此节点的父节点或祖父节点
        // 如果父节点不为空 且 父节点的左子树是此节点，则一直往上找父节点
        while (node.parent != null && (node == node.parent.right)) {
            node = node.parent;
        }

        // 没找到父节点(node.parent == null) 或 父节点的左子节点是此节点(node == node.parent.left)
        return node.parent;
    }

    /**
     * 根据传入的key找到节点
     *
     * @param k1 Key
     * @return 该 key 对应的节点
     */
    private Node<K, V> node(K key) {
        // 该 key 在哈希表上的红黑树的根节点
        Node<K, V> root = table[index(key)];
        return root == null ? null : node(root, key);
    }

    /**
     * 根据传入的key从指定节点的子节点中找到节点
     *
     * @param node 节点
     * @param k1   Key
     * @return 该 key 对应的节点
     */
    private Node<K, V> node(Node<K, V> node, K k1) {
        int h1 = (k1 == null ? 0 : k1.hashCode());
        // 用于存储查找到的节点
        Node<K, V> result = null;
        int cmp = 0;
        while (node != null) {
            K k2 = node.key;
            int h2 = node.hash;
            // 先比较哈希值(哈希值有可能是负数)
            if (h1 > h2) {
                node = node.right;
            } else if (h1 < h2) {
                node = node.left;
            } else if (Objects.equals(k1, k2)) {
                // 哈希值相等，且 k1 equals k2
                return node;
            } else if (k1 != null && k1 != null
                    && k1.getClass() == k2.getClass()
                    && k1 instanceof Comparable
                    && (cmp = ((Comparable) k1).compareTo(k2)) != 0) {
                // 哈希值相等，k1 not equals k2，k1、k2不为null且具备可比较性
                node = (cmp > 0) ? node.right : node.left;
            } else if (node.right != null && (result = node(node.right, k1)) != null) {
                // 哈希值相等，k1 not equals k2，不具备可比较性，或者k1或k2可能为null，扫描右子树
                return result;
            } else {
                // 右边没有扫描到，只能扫描左边
                node = node.left;
            }
        }
        return null;
    }

    /**
     * 生成指定key在哈希表中的索引(在桶数组中的位置)
     *
     * @param key Key
     * @return 该key在哈希表中的索引
     */
    private int index(K key) {
        // 如果 key 为空，则返回 0
        if (key == null) {
            return 0;
        }
        int hash = key.hashCode();
        // 扰动计算，减少哈希冲突(将hashcode高低16位混合运算)
        hash = hash ^ (hash >>> 16);
        return hash & (table.length - 1);
    }

    /**
     * 获取指定节点在哈希表中的索引(在桶数组中的位置)
     *
     * @param node 红黑树节点
     * @return 该key在哈希表中的索引
     */
    private int index(Node<K, V> node) {
        int hash = node.hash ^ (node.hash >>> 16);
        return hash & (table.length - 1);
    }

    /**
     * 比较 k1 与 k2 并返回比较结果
     *
     * @param k1 要比较的第一个 Key
     * @param k2 要比较的第二个 Key
     * @param h1 k1 的 hashcode
     * @param h2 k2 的 hashcode
     * @return 比较结果
     */
   /* private int compare(K k1, K k2, int h1, int h2) {
        // 比较哈希值
        int result = h1 - h2;
        // 哈希值不相等，不需要 equals
        if (result != 0)
            return result;

        // equals 相等，哈希值也相等，则认为 key 相等，返回 0 表示相等
        if (Objects.equals(k1, k2))
            return 0;

        // 哈希值相等，但是 equals 不相等
        if (k1 != null && k2 != null) {
            // 比较类名
            String k1Cls = k1.getClass().getName();
            String k2Cls = k2.getClass().getName();
            result = k1Cls.compareTo(k2Cls);
            // 俩个 key 的类名不相等，按照字典序比较
            if (result != 0)
                return result;

            // 说明俩个 key 是同一种类型且具备可比较性
            if (k1 instanceof Comparable)
                return ((Comparable) k1).compareTo(k2);
        }

        // 哈希值相等，俩个 key 是同一种类型但不具备可比较性
        // k1 == null k2 != null
        // k1 != null k2 == null
        // 使用内存地址比较
        // System.identityHashCode(Object x)是利用内存地址计算出的hashcode
        return System.identityHashCode(k1) - System.identityHashCode(k2);
    }*/

    /**
     * 添加后的处理
     *
     * @param node 添加的节点
     */
    private void afterPut(Node<K, V> node) {
        // 父节点
        Node<K, V> parent = node.parent;

        // 添加的是根节点或者上溢到达了根节点，则直接将该节点染成黑色然后直接添加即可
        if (parent == null) {
            black(node);
            return;
        }

        // 如果父节点为黑色，则无需调整，直接返回
        if (isBlack(parent)) {
            return;
        }

        // 叔父节点
        Node<K, V> uncle = parent.sibling();
        // 祖父节点(无论是否上溢，都需要将其染成红色)
        Node<K, V> grand = red(parent.parent);

        // 上溢
        if (isRed(uncle)) {
            // 叔父节点是红色，上溢，将父节点和叔父节点染成黑色
            black(parent);
            black(uncle);
            // 将祖父节点染成红色当作新添加的节点向上合并
            afterPut(grand);
            return;
        }

        // 非上溢: 叔父节点不是红色，染色并旋转
        if (parent.isLeftChild()) { // L
            if (node.isLeftChild()) { // LL
                // 父节点染成黑色，祖父节点染成红色，祖父节点右旋转
                black(parent);
            } else { // LR
                // 当前节点染成黑色，祖父节点染成红色，父节点左旋转，祖父节点右旋转
                black(node);
                rotateLeft(parent);
            }
            // 祖父节点进行右旋转
            rotateRight(grand);
        } else { // R
            if (node.isLeftChild()) { // RL
                // 当前节点染成黑色，祖父节点染成红色，父节点右旋转，祖父节点左旋转
                black(node);
                rotateRight(parent);
            } else { // RR
                // 父节点染成黑色，祖父节点染成红色，祖父节点进行左旋转
                black(parent);
            }
            // 祖父节点进行左旋转
            rotateLeft(grand);
        }
    }

    /**
     * 删除之后的操作
     *
     * @param node 被删除的节点 或者 用于取代被删除节点的子节点(当被删除节点度为1时)
     */
    private void afterRemove(Node<K, V> node) {
        // 被删除节点是红色 或者 用于取代被删除节点的子节点是红色
        if (isRed(node)) {
            black(node);
            return;
        }

        // 被删除节点的父节点
        Node<K, V> parent = node.parent;

        // 根节点 或者 递归后上溢到达根节点
        if (parent == null) {
            return;
        }

        // 被删除节点是黑色叶子节点(下溢)
        // 判断被删除节点是左边还是右边
        boolean left = (parent.left == null) || (node.isLeftChild());
        // 被删除节点的兄弟节点
        Node<K, V> sibling = (left ? parent.right : parent.left);
        if (left) {
            // 被删除节点在左边，兄弟节点在右边
            if (isRed(sibling)) {
                // 兄弟节点是红色
                // 兄弟节点染成黑色，父节点染成红色
                black(sibling);
                red(parent);
                // 将父节点进行左旋转
                rotateLeft(parent);
                // 更换兄弟节点
                sibling = parent.right;
            }
            // 兄弟节点是黑色
            if (isBlack(sibling.left) && isBlack(sibling.right)) {
                // 兄弟节点左右都是BLACK节点，即: 兄弟节点没有一个红色子节点，父节点需要向下与兄弟节点合并
                // 判断父节点是不是黑色(父节点是红色则不会下溢，否则会下溢)
                boolean parentBlack = isBlack(parent);
                // 父节点染成黑色，兄弟节点染成红色
                black(parent);
                red(sibling);

                // 父节点下溢
                if (parentBlack) {
                    afterRemove(parent);
                }
            } else {
                // 兄弟节点至少有一个红色子节点，需要向兄弟节点借元素
                if (isBlack(sibling.right)) {
                    // 兄弟节点只有一个红色子节点且红色子节点是右子节点，对兄弟节点进行左旋转
                    rotateRight(sibling);

                    // 更换兄弟节点，此时兄弟节点由于旋转已经被更改
                    sibling = parent.right;
                }

                // 染色: 旋转之后的中心节点继承父节点颜色，左右节点染成黑色
                // 先染色: 兄弟节点继承父节点颜色，父节点和兄弟节点的子节点染成黑色
                color(sibling, colorOf(parent));
                black(sibling.right);
                black(parent);

                // 兄弟节点只有一个红色子节点且红色子节点是左子节点 或 兄弟节点有俩个红色个节点，都是对父节点进行左旋转
                rotateLeft(parent);
            }
        } else {
            if (isRed(sibling)) {
                black(sibling);
                red(parent);
                rotateRight(parent);
                sibling = parent.left;
            }
            if (isBlack(sibling.left) && isBlack(sibling.right)) {
                boolean parentBlack = isBlack(parent);
                black(parent);
                red(sibling);

                if (parentBlack) {
                    afterRemove(parent);
                }
            } else {
                if (isBlack(sibling.left)) {
                    rotateLeft(sibling);
                    sibling = parent.left;
                }

                color(sibling, colorOf(parent));
                black(sibling.left);
                black(parent);
                rotateRight(parent);
            }
        }
    }

    /**
     * RR 左旋转
     *
     * @param grand 祖父节点
     */
    private void rotateLeft(Node<K, V> grand) {
        Node<K, V> parent = grand.right;
        Node<K, V> child = parent.left;
        grand.right = child;
        parent.left = grand;

        // 旋转之后的维护
        afterRotate(grand, parent, child);
    }

    /**
     * LL 右旋转
     *
     * @param grand 祖父节点
     */
    private void rotateRight(Node<K, V> grand) {
        Node<K, V> parent = grand.left;
        Node<K, V> child = parent.right;
        grand.left = child;
        parent.right = grand;

        // 旋转之后的维护
        afterRotate(grand, parent, child);
    }

    /**
     * 旋转后的节点维护
     *
     * @param grand  祖父节点
     * @param parent 父节点
     * @param child  父节点的左子节点或右子节点
     */
    private void afterRotate(Node<K, V> grand, Node<K, V> parent, Node<K, V> child) {
        // 让 parent 成为这棵树的根节点
        parent.parent = grand.parent;
        if (grand.isLeftChild()) {
            grand.parent.left = parent;
        } else if (grand.isRightChild()) {
            grand.parent.right = parent;
        } else {
            // grand 是 root 节点
            // grand、parent、child 在一棵红黑树上，索引是相同的
            table[index(grand)] = parent;
        }

        // 更新 child 的 parent
        if (child != null) {
            child.parent = grand;
        }

        // 更新 grand 的 parent
        grand.parent = parent;
    }

    /**
     * 将传入节点染色
     *
     * @param node  需要染色的节点
     * @param color 该节点需要染的颜色
     * @return 染色后的节点
     */
    private Node<K, V> color(Node<K, V> node, boolean color) {
        if (node == null) {
            return null;
        }

        node.color = color;
        return node;
    }

    /**
     * 将传入节点染成红色
     *
     * @param node 需要染成红色的节点
     * @return 染色后的节点
     */
    private Node<K, V> red(Node<K, V> node) {
        return color(node, RED);
    }

    /**
     * 将传入节点染成黑色
     *
     * @param node 需要染成黑色的节点
     * @return 染色后的节点
     */
    private Node<K, V> black(Node<K, V> node) {
        return color(node, BLACK);
    }

    /**
     * 获取传入节点的颜色
     *
     * @param node 红黑树节点
     * @return 该节点颜色: true: 黑色; false: 红色
     */
    private boolean colorOf(Node<K, V> node) {
        // 如果为空则认为是黑色
        return node == null ? BLACK : node.color;
    }

    /**
     * 判断该节点是否为红色
     *
     * @param node 红黑树节点
     * @return 是否为红色: true: 红色; false: 不是黑色
     */
    private boolean isRed(Node<K, V> node) {
        return colorOf(node) == RED;
    }

    /**
     * 判断该节点是否为黑色
     *
     * @param node 红黑树节点
     * @return 是否为黑色: true: 黑色; false: 不是黑色
     */
    private boolean isBlack(Node<K, V> node) {
        return colorOf(node) == BLACK;
    }

    /**
     * 哈希映射节点
     */
    private static class Node<K, V> {
        /**
         * key 对应的 hashcode
         */
        int hash;
        K key;
        V value;
        Node<K, V> parent;
        Node<K, V> left;
        Node<K, V> right;
        boolean color = RED;

        public Node(K key, V value, Node<K, V> parent) {
            this.key = key;
            this.hash = (key == null ? 0 : key.hashCode());
            this.value = value;
            this.parent = parent;
        }

        public boolean isLeaf() {
            return left == null && right == null;
        }

        public boolean hasTwoChildren() {
            return left != null && right != null;
        }

        public boolean isLeftChild() {
            return parent != null && this == parent.left;
        }

        public boolean isRightChild() {
            return parent != null && this == parent.right;
        }

        public Node<K, V> sibling() {
            if (isLeftChild()) {
                return parent.right;
            }
            if (isRightChild()) {
                return parent.left;
            }
            return null;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "Node_" + key + "_" + value;
        }
    }

}
